基于工程教育的電氣測試技術課程實驗改革探索

崔躍華　卞建鵬　劉建華

本文在長期“電氣測試技術”課程實踐教學的基礎上，結合工程教育的趨勢要求，對課程實驗的組織形式、內容和方式方法進行了改革探索，以期提高課程實驗教學的效果，激發學生的學習興趣，切實提高其工程能力。

“電氣測試技術”是電氣電子類本科專業的一門重要的專業課，在前期電路理論、電子技術、信號與系統分析和物理學等課程的基礎上，重點研究測試系統中如何進行信息提取、轉換和處理，課程的應用性和實踐性較強。作為非儀器儀表專業學生，對于“電氣測試技術”從專業上的要求以技術應用為主，然而受制于課程學時和學習的規律，現有實驗項目主要從認知角度出發，多為驗證性，學生做實驗時，只是按照實驗指導書機械簡單地連幾根導線就完成了實驗，至于使用傳感器的種類、原理、測量電路等很少刨根問底，這就導致做了實驗，往往只收獲了一些測量數據，很難達到與理論相結合的目的。

隨著在高等教育中工程應用型人才的培養日益得到重視，工程教育成為當前教育改革研究的熱點。相對傳統教育模式，工程教育更為側重學生綜合運用所學科學理論和技術手段，分析解決工程問題的能力。依托工程教育專業認證關于實驗環節的評估標準?？梢詮墓こ虒嵺`、企業人才需求的角度對實驗教學的內容、方法、考核等方面進行深入研究。因此，基于工程教育認證標準。有必要對“電氣測試技術”課程實驗進行改革，以加強實驗環節對行業領域的適應性，從而提高學生的整體工程素養、工程知識、工程能力。

主要思路和措施

相比以往課程實驗是教師為中心的做法，從當前工程教育的角度來看，應該轉變為以學生自主能動為中心的方式，則相關探索中，我們注意做到以下幾點：

切實做到以學生為中心的實驗模式。改變以往教師全權引導、學生被動參與的實驗模式，針對確定的實驗目標，充分發揮學生的自主能動性，引導其自行確立并完善實驗內容、實驗步驟等內容。

與課程設計環節相結合。以學生為主的方案雖然合理，但也應該考慮其實現的可行性。往往在進行課程實驗時，項目學時有限，同時學生課程知識的掌握還不熟練，同時進行的其它課程也使得學生無法投入足夠的精力。而課程設計環節集中組織進行，不存在上述問題，可以將課程實驗和課程設計結合起來，由實驗引出課程設計，課程設計完善實驗，實現更好的效果。

注重考核方式的多樣化和全程化。在課程實驗教學中，實行以操作能力為主、筆試或口試等多種形式相結合的多樣化的考核，同時通過對實驗進行分階段全過程的監控考核，在考核中關注其完成的過程，而不僅僅是結果的正確性。

引入虛擬儀器工具。以學生為主的方案存在的另一缺點是對硬件投入要求較高，采用虛擬儀器技術可以簡化硬件部分，實現更豐富的功能，存在的缺陷也易于修改，從而更有利于學生的發揮，在提升實驗效果的同時也培養了學生的工程創新意識。

實施情況

上述原則和方法已經在2016年春季學期的課程實驗和夏季學期的課程設計中組織實施，在實施過程中，選取了“電阻應變式傳感器特性”實驗項目擴展成“稱重傳感器”實驗項目。

為了配合方案的順利實施，課程教學中將專業工程應用人才培養目標的所應具備的實踐技能進行細化分解，形成“傳感器選型與匹配”、“信號調理電路設計與使用”、“虛擬儀器和數據處理”等實踐能力單元，依據各實踐能力單元的要求，將課程知識點進行組合設計，設計相應的實驗目標，引導學生自行設計實驗步驟和方法。

考慮到課程實驗和課程設計環節的相互配合，課程實驗中學生主要利用實驗臺上提供的應變式雙孔懸臂粱載荷傳感器（稱重傳感器）和電橋測量電路以及信號放大電路來完成基本特性實驗，掌握電阻應變片的工作原理和應變片測量電路；同時熟悉實驗臺相關結構，對傳感器的選型安裝、性能參數的確定調整流程和方法獲得感性理解和認識。

課程教學之后進行課程設計環節則要求學生以具體的“稱重傳感器”項目為導向，完整的進行電子稱的工程設計。學生以項目需求的角度分析稱重傳感器，查閱相關資料，結合生產生活常識，確定所做電子稱的精度、量程等參數要求。同時，引導學生將整體項目分解為各實踐能力單元對應的設計環節，各自提出設計方案并具體實施實現，具體結構如圖1所示。

利用學生已通過課程實驗從而對實驗臺硬件資源非常熟悉的優勢，往往費時費力且容易出錯的硬件部分設計（含傳感器和信號調理）由學生自主選擇相應的模塊實現，提高效率的同時也減少的無謂的損失。

測量的信號不再以模擬的形式處理和顯示，而是采用虛擬儀器技術進行。計算機內的采集卡將調理后的傳感器信號采集成數字信號，采集到的數據通過虛擬儀器技術來處理。在虛擬儀器平臺上，學生可以根據自己感興趣的功能編制相應的數據處理算法，利用LabVIEW圖形界面可以進行直觀的顯示所稱重量，同時也可以輕松的實現校準、去皮等擴展功能。這一過程由于實現容易、修改方便、界面直觀，很容易激發學生的興趣，從而驅動學生主動地分析和解決問題。

實施效果

通過實施課程實驗改革探索的試點班和繼續傳統實驗和課程設計的普通班的對比調查，學生的收獲滿意率試點班為62.5%，普通班為53.1%；對于內容非常感興趣的比率試點班為87.5%，普通班為50%；而調查顯示，無論是試點班還是普通班均沒有一個學生愿意只是進行簡單的驗證認知性實驗。調查說明改革的實施取得了較好的效果，使學生鞏固了課程知識點，培養了工程實踐能力和自行獲取知識的能力，但方案的實施需要教師投入更多的時間和精力，也要求教師具備更高的專業素質和學科背景來引導學生。